Главная Пропионибактерии P. freudenreichii

Пропионовокислые бактерии

Пропионовокислые бактерии (ПКБ) - грамположительные, каталазоположительные, неспорообразующие, неподвижные, факультативно-анаэробные бактерии (палочковидной и кокковидной формы), являющиеся мощными продуцентами кобаламинов (витамина B12) и образующие при брожении пропионовую кислоту. ПКБ обладают мощными иммуномодулирующими и антимутагенными свойства­ми, приживаются в кишечнике людей и способны к снижению генотоксического действия ряда химических соединений и УФ-лучей. В отличие от других пробиотиков у ПКБ установлен значительный синтез корриноидов и антиоксидантных ферментов: каталазы, пероксидазы и супероксиддисмутазы. ПКБ не перевариваются в ЖКТ людей, устойчивы к действию желчных кислот, выдерживают низкую кислотность желудка, ингибируют активность β-глюкуронидазы, азаредуктазы и нитроредуктазы - ферментов, образуемых кишечной микрофлорой и вовлекаемых в образование мутагенов, канцерогенов и промоторов роста опухолей. По последним данным ПКБ также защищают костную систему от остеопороза.

Фильтр
Сортировка
 
 
 
 
 
 
 
Гемопропиовит Быстрый просмотр
Параметры
"ГЕМОПРОПИОВИТ" - безопасный и эффективный мультивидовой антианемический препарат-пробиотик, содержащий биодоступное железо
Артикул: 0000-г
Количество:
 
 
 
 
Закваска "Пропионикс" Быстрый просмотр
Параметры
Инновационный биоконцентрат штамма пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii – КМ 186 (в упаковке 10 флаконов, вес упаковки 0,3 кг)
Артикул: 0000-п
Количество:
от 1 упак. по 1 упак.
 
 
 
 
Йодпропионикс Быстрый просмотр
Параметры
Йодпропионикс - это инновационный препарат пробиотик, который является продуктом биотехнологического производства и представляет собой концентрированную биомассу пропионовокислых бактерий P. freudenreichii subsp. shermanii – КМ 186, содержащую микроэлемент йод в биодоступной органической форме (в упаковке 10 флаконов, вес упаковки 0,3 кг)
Артикул: 0000-й
Количество:
от 1 упак. по 1 упак.
 
 
 
 
Селенпропионикс Быстрый просмотр
Параметры
Йодпропионикс - это инновационный препарат пробиотик, который является продуктом биотехнологического производства и представляет собой концентрированную биомассу пропионовокислых бактерий P. freudenreichii subsp. shermanii – КМ 186, содержащую селен в биодоступной органической форме (в упаковке 10 флаконов, вес упаковки 0,3 кг).
Артикул: 0000-с
Количество:

1. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ (ПОДРОБНЕЕ)

«Если бы пропионовокислые бактерии  использовались только для получения витамина В12, их можно было бы уже отнести к наиполезнейшим микроорганизмам, но их применение шире…» (Воробьева Л. И., 1995 г.)

В пробиотических бакконцентратах PROPIONIX используется штамм классических (молочных, не кожных) пропионовокислых бактерий (ПКБ) P. freudenreichii subsp. shermanii - КМ186. Данное наименование происходит от имен двух микробиологов, одними из первых выделивших штаммы ПКБ из молочных продуктов - швейцарца Эдварда Фройденрайха (Edward von Freudenreich) и американца Ж.М.Шермана (Sherman). В частности, подвид shermanii включает клетки ПКБ, обычно имеющие вид кокков.

propionibacterium freudenreichii (2)

Пропионовокислые бактерии могут способствовать уменьшению факторов риска для развития рака, в частности, благодаря способности связывать и элиминировать из организма канцерогенные соединения, такие как микотоксины  [4,5], особенно афлатоксин B1 [6-11], цианотоксины, такие как микроцистин-LR [9], растительные лектины, такие как concanavilin A и jacalin [12,23], а также некоторые тяжелые металлы, такие как кадмий и свинец [9,13], которые также являются эндокринными разрушителями. Положительное действие здесь также достигается и за счет синтеза соединений с полезными физиологическими и антиканцерогенными свойствами через изомеризацию линолевой кислоты (трансформирование ее в конъюгированную форму).

Недавние исследования показали, что ПКБ могут также использоваться как эффективные пробиотики в профилактике рака кишечника через их способность синтезировать апоптоз-индуцирующие короткоцепочечные жирные кислоты [18]. Также отмечается, что молоко, ферментированное только молочными P. freudenreichii, способствовало апоптозу раковых клеток желудка человека (HGT-1) и усиливало цитотоксическое действие камптотецина, применяемого в химиотерапии данного вида рака [21]. Это же молоко положительно влияло на поросят при болезни воспаленного кишечника [22]. Следует отметить, что P. freudenreichii прилипает к клеткам пищеварительного эпителия и к слизи. Было показано, что ПКБ также ингибируют адгезию Helicobacter pylori (возбудителя рака желудка) к пищеварительным эпителиальным клеткам, а также вызванные ею повреждения.

Было однозначно показано, что классические молочные пропионовокислые бактерии выделяют в среду вещества с антимутагенной активностью, поэтому ПКБ могут стать источниками новых и ценных антимутагенов. Изучение антимутагенеза важно именно в отношении тех бактерий, которые используют при изготовлении пищи, кормов  и  кормовых добавок. Считается, что систематическое употребление пищевых антимутагенов и антиканцерогенов эффективно понижает риски развития генетических и онкозаболеваний, а защита от мутаций может быть полезной как в ранней, так и на поздней стадии развития рака.

Антимутагенные свойства дополнены антиоксидантной активностью ПКБ. Установлено, что культуры пропионовокислых бактерий в больших количествах образуют антиоксидантные гемсодержащие ферменты, обезвреживающие активные формы кислорода (супероксидный радикал О2-, гидроксильные радикалы ОН*, перекись водорода и прочие свободные радикалы), а также производят другие вещества, способные предотвращать губительное влияние на организм человека химических мутагенов, ультрафиолетовых лучей и радиации, что открывает широкие перспективы для их практического применения в качестве антиоксидантов.

Экспериментальные и клинические испытания препаратов на основе ПКБ показали иммуномодулирующую, антивирусную активность в медицинских исследованиях, что связывают с активацией моноцитмакрофаговой системы, индукцией синтеза интерферона и активацией киллерных клеток [1].

Стоит особо отметить бифидогенный эффект пропионовокислых бактерий, что является огромным преимуществом ПКБ в модуляциикишечной микробиоты [3,14-17]. Было показано, что ПКБ выводят из организма и генерируют определенные метаболиты, способствуя тем самым росту различных штаммов бифидобактерий (т.е. являются продуцентами ростовых бифидогенных стимуляторов).

Пропионовокислые бактерии являются эффективными в лечении непереносимости лактозы за счет повышения β-галактозидазной активности в кишечнике, т.е. синтеза фермента β-галактозидазы [3,19]. Также пропионовокислые бактерии выделяют из своих клеток такие экзоферменты, как пептидазы и липазы, которые важны для гидролиза белков и липидов, сохранившихся в кишечнике. Данная способность ПКБ, наряду с их позитивным влиянием на процессы кишечного всасывания в тонком кишечнике, очень полезна при профилактики и комплексном лечении гнилостной (белковой) или жировой диспепсии.

ПКБ способны к синтезу большинства аминокислот, значительного количества жирных кислот, экзополисахаридов, липидов и фосфолипидов, полифисфатов, конъюгированной линоленовой кислоты, ферментов, витамина К, а также витаминов группы В: тиамина, рибофлавина, ниацина, никотиновой, пантотеновой и фоливой кислот, пиридоксина и большого количества кобаламина (витамина В12). Последние исследования врачей и микробиологов подтвердили, что наиболее эффективно использование витаминов в коферментной (связанной с белком микробной клетки) легкоусвояемой форме [3,20]. Биосинтез витамина B12 происходит параллельно накоплению биомассы ПКБ. Пропионовые бактерии также могут синтезировать все аминокислоты за счет ассимиляции азота (NH4)2SO4

И напоследок отметим, что принимаемые перорально пропионовокислые бактерии могут играть двойную роль, а именно технологическую на первом этапе, участвуя в ферментативном расщеплении пищи, и функциональную на втором этапе, так как после употребления вовнутрь они попадают в ободочную кишку, где играют пробиотную роль - оптимизируют синтез пропионовой кислоты и усвоение минералов, в частности, кальция, железа, цинка, и магния на уровне ободочной кишки. Прим.: в части, касающейся синтеза пропионовой кислоты, которая влияет на увеличение секреции лептина (т.н. "гормона насыщения"), ПКБ могут рассматриваться как безопасное средство для снижения риска набора лишнего веса (ожирения), особенно с учетом ранее установленной их холестеринметаболизирующей активности.

2. Что такое Propionibacterium freudenreichii ?

propionovokislye_bakterii_p_freudenreichii.png 

Краткая справка:

Propionibacterium freudenreichii – основной вид классических («молочных») пропионовокислых бактерий (ПКБ), которые широко используется в пищевой промышленности в качестве стартера при производстве сыров швейцарского типа, таких как Эмменталь и Маасдам. Эти бактерии необходимы для развития орехового и сладковатого вкуса, а продукция СОотвечает за внешний вид типичных сырных “дырочек” [1]. Примерно один миллиард живых клеток P. freudenreichii присутствует в одном грамме Эмменталя [2].

В пищевой и фармацевтической промышленности P. freudenreichii используется  также в качестве продуцента витаминов - штаммы обладают способностью продуцировать витамины группы B, например, рибофлавин [3] и кобаламин (много витамина В12) [4].

В дополнение к традиционному использованию ПКБ, исследования недавно сосредоточились на пользе для здоровья, связанной с P. freudenreichii [1]. Показано, что потребление этой бактерии модулирует микробиоту кишечника, что делает P. freudenreichii одновременно пробиотиком и пребиотиком [5].

Польза для здоровья бактерии P. freudenreichii

1) Благотворно изменяет микробиоту кишечника

  • Propionibacterium freudenreichii стимулирует рост бифидобактерий в толстой кишке у здоровых добровольцев [6, 7].
  • Ростовый бифидогенный стимулятор (BGS) - пребиотический препарат из P. freudenreichii стимулирует рост бифидобактерий [8]

2) Является противовоспалительной и может быть полезной при лечении ВЗК

  • Propionibacterium freudenreichii эффективна в лечении язвенного колита легкой и средней степени тяжести в экспериментальном исследовании на людях [8].
  • Компонент из P. freudenreichii подавляет продукцию провоспалительных цитокинов и ослабляет колит в исследовании на мышах [9].
  • P. freudenreichii ускоряет заживление у крыс при колите [6, 10].
  • Компонент P. freudenreichii улучшал выживаемость и уменьшал повреждение у мышей с колитом, ослабляя воспаление толстой кишки за счет балансирования кишечной бактериальной флоры и подавления лимфоцитарной инфильтрации [11].

4) Снимает Запор

  • Propionibacterium freudenreichii  снимает запоры у молодых здоровых женщин [12].

4) Связывает Токсины

  • Propionibacterium freudenreichii эффективно связывает кадмий и свинец в концентрационных диапазонах, обычнонаблюдаемых в пищевых продуктах [13].

5) Борется с Раком

  • Propionibacterium freudenreichii  способна убивать раковые клетки толстой кишки у крыс [14].
  • Пропионибактерии индуцируют внутренний апоптоз раковых клеток толстой кишки, через производство и высвобождение SCFA (пропионата и ацетата), действующих на митохондрии [15].
  • Молоко, ферментированное P. freudenreichii, убивает раковые клетки желудка человека и усиливает цитотоксичность камптотецина, препарата, используемого в химиотерапии рака желудка [16].

6) Предотвращает остеопороз

  • Исследование показало, что пероральное введение живых или термически убитых молочных пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii предотвращает индуцированную остеопорозом потерю костной массы.  [20].

7) Противодействует ожирению и имеет антидиабетический эффект

P. freudenreichii снижает накопление жира, уменьшая ожирение независимо от того, является ли бактерия живой или убитой нагреванием, а также предотвращает повреждение печени и эффективно снижает уровень глюкозы в крови и инсулин крови натощак у мышей находившихся на высокожировой диете. В заключение, P. freudenreichii облегчает ожирение и метаболический синдром [21].

Противовоспалительные механизмы:

  1. Увеличивается содержание бутирата [8, 11] и количество бифидобактерий, лактобацилл [17, 11].
  2. Уменьшает Ил-1 β , ИЛ-6 и ФНО-α [11] и увеличивает Ил-10 [18].
  3. Увеличивается количество пропионата (пропионовой кислоты) в ободочной кишке [19]:
  • В работе Jan, G.; et al. Propionibacteria induce apoptosis of colorectal carcinoma cells via short-chain fatty acids acting on mitochondria. Cell Death & Differentiation. 9, 179-188 (2002). показано как пропионовокислые бактерии индуцируют апоптоз клеток колоректальной карциномы через короткоцепочечные жирные кислоты (в частности, пропионовую кислоту или пропионат) воздействуя на митохондрии.
  • В работе Mario M. Zaiss., et al. Short-chain fatty acids regulate systemic bone mass and protect from pathological bone loss. Nature Communications, 9, Article number: 55 (2018) показано, что пропионат защищает костную систему от патологического разрушения (предотвращает остеопороз).
  • В работе Chambers ES, et al. Effects of targeted delivery of propionate to the human colon on appetite regulation, body weight maintenance and adiposity in overweight adults. Gut 2015; 64: 1744–1754 говорится, как адресная доставка пропионата в толстую кишку нормализует вес у взрослых.
  • В работе Jonathan Scheiman, Sarah Lessard, Aleksandar D. Kostic, et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nature Medicine, 2019  показано, что пропионат повышает физическую выносливость.
  • В работе Lesley Hoyles, Simon McArthur, et. al. Microbiome–host systems interactions: protective effects of propionate upon the blood–brain barrier. Microbiome, 2018 британские ученые показали защитные эффекты пропионата на гематоэнцефалический барьер (ГЭБ)  - физиологический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой, поддерживающий гомеостаз мозга.

Безопасность

P. freudenreichii широко применяется в пищевой промышленности и считается безопасной.

См дополнительно:

О закваске "Пропионикс"

Пропионовая кислота и пропионаты

Литература к п.1.:

  1. Vorobjeva L.I., Iljasova O.V., Khodjaev E.Y., Ponomareva G.M., Varioukhina S.Y., Inhibition of induced mutagenesis in Salmonella typhimurium by the protein of Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii, Anaerobe 7 (2001) 37–44.
  2. Vorobjeva L.I., Khodjaev E.Y., Cherdinceva T.A., Antimutagenic and reactivative activities of dairy propionibacteria, Lait 75 (1995) 473–487.
  3. Vorobjeva L.I., Khodjaev E.Y., Vorobjeva N.V., Propionic acid bacteria as probiotics, Microb. Ecol. Health Dis. 20 (2008) 109–112.
  4. El-Nezami H.S., Chrevatidis A., Auriola S., Salminen S., Mykkanen H., Removal of common Fusarium toxins in vitro by strains of Lactobacillus and Propionibacterium , Food Addit. Contam. 19 (2002) 680–686.
  5. Niderkorn V., Boudra H., Morgavi D.P., Binding of Fusarium mycotoxins by fermentative bacteria in vitro, J. Appl. Microbiol. 101 (2006) 849–856.
  6. El-Nezami H., Mykkanen H., Kankaanpaa P., Salminen S., Ahokas J., Ability of Lactobacillus and Propionibacterium strains to remove aflatoxin B-1 from the chicken duodenum, J. Food Prot. 63 (2000) 549–552.
  7. Gratz S., Mykkanen H., El-Nezami H., Aflatoxin B-1 binding by a mixture of Lactobacillus and Propionibacterium: in vitro versus ex vivo, J. Food Prot. 68 (2005) 2470–2474.
  8. Gratz S., Mykkanen H., Ouwehand A.C., Juvonen R., Salminen S., El-Nezami H., Intestinal mucus alters the ability of probiotic bacteria to bind aflatoxin B-1 in vitro, Appl. Environ. Microbiol. 70 (2004) 6306–6308.
  9. Halttunen T., Collado M.C., El-Nezami H., Meriluoto J., Salminen S., Combining strains of lactic acid bacteria may reduce their toxin and heavy metal removal efficiency from aqueous solution, Lett. Appl. Microbiol. 46 (2008) 160–165.
  10. Haskard C.A., El-Nezami H.S., Kankaanpaa P.E., Salminen S., Ahokas J.T., Surface binding of aflatoxin B-1 by lactic acid bacteria, Appl. Environ. Microbiol. 67 (2001) 3086–3091.
  11. Lee Y.K., El-Nezami H., Haskard C.A., Gratz S., Puong K.Y., Salminen S., Mykkanen H., Kinetics of adsorption and desorption of aflatoxin B-1 by viable and nonviable bacteria, J. Food Prot. 66 (2003) 426–430.
  12. Zarate G., Perez Chaia A., Dairy bacteria remove in vitro dietary lectins with toxic effects on colonic cells, J. Appl. Microbiol. 106 (2009) 1050–1057.
  13. Ibrahim F., Halttunen T., Tahvonen R., Salminen S., Probiotic bacteria as potential detoxification tools: assessing their heavy metal binding isotherms, Can. J. Microbiol. 52 (2006) 877–885.
  14. Kaneko T., Mori H., Iwata M., Meguro S., Growth stimulator for bifidobacteria produced by Propionibacterium freudenreichii and several intestinal bacteria, J. Dairy Sci. 77 (1994) 393–404.
  15. Moussavi M., Adams M.C., An in vitro study on bacterial growth interactions and intestinal epithelial cell adhesion characteristics of probiotic combinations, Curr. Microbiol. 60 (2010) 327–335.
  16. Roland N., Bouglé D., Lebeurrier F., Arhan P., Maubois J.-L., Propionibacterium freudenreichii stimulates the growth of Bifidobacterium bifidum in vitro and increases fecal bifidobacteria in healthy human volunteers, Int. Dairy J. 8 (1998) 587–588.
  17. Warminska-Radyko I., Laniewska-Moroz L., Babuchowski A., Possibilities for stimulation of Bifidobacterium growth by propionibacteria, Lait 82 (2002) 113–121.
  18. Jan, G.; et al. (2002). "Propionibacteria induce apoptosis of colorectal carcinoma cells via short-chain fatty acids acting on mitochondria". Cell Death and Differentiation. 9 (2): 179–188.
  19. de Vrese M., Stegelmann A., Richter B., Fenselau S., Laue C., Schrezenmeir J., Probiotics – compensation for lactase insufficiency, Am. J. Clin. Nutr. 73 (2001) 421S–429S.
  20. Хамагаева И.С., Качанина Л.М., Тумурова С.М. Х18 Биотехнология заквасок пропионовокислых бактерий. − Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2006.− 172 с. ISBN 5-89230-197-4
  21. Cousin, F.J. Milk Fermented by Propionibacterium freudenreichii Induces Apoptosis of HGT-1 Human Gastric Cancer Cells / F.J. Cousin, S. Jouan-Lanhouet, M.T. Dimanche-Boitrel, L.Corcos, G. Jan // PLoS One. - 2012. - V. 7. - N 3. - e31892.
  22. Cousin, F.J. Assessment of the probiotic potential of a dairy product fermented by Propionibacterium freudenreichii in piglets / F.J. Cousin, B. Foligne,  S.M. Deutsch, S. Massart, S. Parayre, Y. Le Loir, G. Boudry, G. Jan // J. Agric. Food Chem.- 2012. - V. 60. - N 32. - P. 7917-7927.
  23. Zarate G., Saez G. & Perez Chaia A. Dairy propionibacteria prevent the proliferative effect of plant lectins on SW480 cells and protect the metabolic activity of the intestinal microbiota in vitro. Anaerobe. 2017 Apr; 44:58-65

Литература к п.2.:

  1. Stéphanie-Marie Deutsch, et. al. Contribution of Surface β-Glucan Polysaccharide to Physicochemical and Immunomodulatory Properties of Propionibacterium freudenreichii. Appl Environ Microbiol. 2012 Mar; 78(6): 1765–1775.
  2. Valérie Gagnaire, et. al. Emmental Cheese Environment Enhances Propionibacterium freudenreichii Stress Tolerance. PLoS One. 2015; 10(8): e0135780.
  3. Le Blanc JG, et. al.A novel dairy product fermented with Propionibacterium freudenreichii improves the riboflavin status of deficient rats. Nutrition. 2006 Jun;22(6):645-51.
  4. Paulina Deptula, et. al.BluB/CobT2 fusion enzyme activity reveals mechanisms responsible for production of active form of vitamin B12 by Propionibacterium freudenreichii. Microb Cell Fact. 2015; 14: 186.
  5. Le Maréchal C, et. al. Surface proteins of Propionibacterium freudenreichii are involved in its anti-inflammatory properties. J Proteomics. 2015 Jan 15;113:447-61
  6. Uchida M, et. al.Characteristic of milk whey culture with Propionibacterium freudenreichii ET-3 and its application to the inflammatory bowel disease therapy. Inflammopharmacology. 2007 Jun;15(3):105-8.
  7. Keiko SATOMI, et. al.Effects of Culture-Powder of Propionibacterium freudenreichii ET-3 on Fecal Microflora of Normal Adults. Bioscience Microflora Vol. 18 (1), 27-30, 1999
  8. Suzuki A, et. al.Bifidogenic growth stimulator for the treatment of active ulcerative colitis: a pilot study. Nutrition. 2006 Jan;22(1):76-81.
  9. Okada Y, et. al.1,4-Dihydroxy-2-naphthoic acid from Propionibacterium freudenreichii reduces inflammation in interleukin-10-deficient mice with colitis by suppressing macrophage-derived proinflammatory cytokines. J Leukoc Biol. 2013 Sep;94(3):473-80
  10. Uchida M, et. al. Milk whey culture with Propionibacterium freudenreichii ET-3 is effective on the colitis induced by 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid in ratsJ Pharmacol Sci. 2005 Dec;99(4):329-34.
  11. Y Okada,  S Miura, et. al.Propionibacterium freudenreichii component 1.4-dihydroxy-2-naphthoic acid (DHNA) attenuates dextran sodium sulphate induced colitis by modulation of bacterial flora and lymphocyte homing. Gut. 2006 May; 55(5): 681–688.
  12. Kenichi HOJO, et. al.Effect of Ingested Culture of Propionibacterium freudenreichii ET-3 on Fecal Microflora and Stool Frequency in Healthy Females. Bioscience and Microflora.Volume 21 (2002) Issue 2. Article overview
  13. Ibrahim F, et. al.Probiotic bacteria as potential detoxification tools: assessing their heavy metal binding isotherms. Can J Microbiol. 2006 Sep;52(9):877-85.
  14. Lan A, Bruneau A, et. al.Increased induction of apoptosis by Propionibacterium freudenreichii TL133 in colonic mucosal crypts of human microbiota-associated rats treated with 1,2-dimethylhydrazine. Br J Nutr. 2008 Dec;100(6):1251-9.
  15. Fabien J. Cousin, et. al.The probiotic Propionibacterium freudenreichii as a new adjuvant for TRAIL-based therapy in colorectal cancer. Oncotarget. 2016 Feb 9; 7(6): 7161–7178.
  16. Fabien J. Cousin, et. al.Milk Fermented by Propionibacterium freudenreichii Induces Apoptosis of HGT-1 Human Gastric Cancer Cells. PLoS One. 2012; 7(3)
  17. Uchida M, et. al. Safety of high doses of Propionibacterium freudenreichii ET-3 culture in healthy adult subjects. Regul Toxicol Pharmacol. 2011 Jul;60(2):262-7.
  18. Benoît Foligné, Gwénaël Jan, at. al. Promising Immunomodulatory Effects of Selected Strains of Dairy Propionibacteria as Evidenced In Vitro and In Vivo. Appl Environ Microbiol2010 Dec; 76(24): 8259–8264.
  19. Руссель Эдмон Даниель (FR) и соавторы. Применение пропионовокислых бактерий для образования пропионовой кислоты и/или пропионатов в ободочной кишке. Федеральный институт промышленной собственности, отделение ВПТБ, 2003
  20. Mirae An, Yeon-Hee Park & Young-Hee Lim. Antiobesity and antidiabetic effects of the dairy bacterium Propionibacterium freudenreichii MJ2 in high-fat diet-induced obese mice by modulating lipid metabolism. Scientific Reports volume 11, Article number: 2481 (2021)